Summary

 Synapses are fundamental information-processing units of the brain, and synaptic dysregulation is central to many brain disorders ("synaptopathies"). However, systematic annotation of synaptic genes and ontology of synaptic processes are currently lacking. We established SynGO, an interactive knowledge base that accumulates available research about synapse biology using Gene Ontology (GO) annotations to novel ontology terms: 87 synaptic locations and 179 synaptic processes. SynGO annotations are exclusively based on published, expert-curated evidence. Using 2,922 annotations for 1,112 genes, we show that synaptic genes are exceptionally well conserved and less tolerant to mutations than other genes. Many SynGO terms are significantly overrepresented among gene variations associated with intelligence, educational attainment, ADHD, autism, and bipolar disorder and among de novo variants associated with neurodevelopmental disorders, including schizophrenia. SynGO is a public, universal reference for synapse research and an online analysis platform for interpretation of large-scale -omics data (https://syngoportal.org and http://geneontology.org).

Abstract Dopamine controls striatal circuit function, but its transmission mechanisms are not well understood. We recently showed that dopamine secretion requires RIM, suggesting that it occurs at active zone-like sites similar to conventional synapses. Here, we establish using a systematic conditional gene knockout approach that Munc13 and Liprin-α, active zone proteins for vesicle priming and release site organization, are important for dopamine secretion. Correspondingly, RIM zinc finger and C 2 B domains, which bind to Munc13 and Liprin-α, respectively, are needed to restore dopamine release in RIM knockout mice. In contrast, and different from conventional synapses, the active zone scaffolds RIM-BP and ELKS, and the RIM domains that bind to them, are expendable. Hence, dopamine release necessitates priming and release site scaffolding by RIM, Munc13, and Liprin-α, but other active zone proteins are dispensable. Our work establishes that molecularly simple but efficient release site architecture mediates fast dopamine exocytosis.

Abstract Munc13 proteins are priming factors for SNARE-dependent exocytosis, which are activated by diacylglycerol (DAG)-binding to their C1-domain. Several Munc13 paralogs exist, but their differential roles are not well understood. We studied the interdependence of phorbolesters (DAG mimics) with Munc13-1 and ubMunc13-2 in mouse adrenal chromaffin cells. Although expression of either Munc13-1 or ubMunc13-2 stimulated secretion, phorbolester was only stimulatory for secretion when ubMunc13-2 expression dominated, but inhibitory when Munc13-1 dominated. Accordingly, phorbolester stimulated secretion in wildtype cells, or cells overexpressing ubMunc13-2, but inhibited secretion in Munc13-2/ Unc13b knockout (KO) cells or in cells overexpressing Munc13-1. Phorbolester was more stimulatory in the Munc13-1/ Unc13a KO than in WT littermates, showing that endogenous Munc13-1 limits the effects of phorbolester. Imaging showed that ubMunc13-2, but not Munc13-1, traffics to the plasma membrane with a time-course matching Ca 2+ -dependent secretion, and trafficking is independent of synaptotagmin-7 (syt7). However, in the absence of syt7, phorbolester became inhibitory for both Munc13-1 and ubMunc13-2 driven secretion, indicating that stimulatory phorbolester x Munc13-2 interaction depends obligatorily on functional pairing with syt7. Overall, DAG/phorbolester, ubMunc13-2 and syt7 form a stimulatory triad for dense-core vesicle priming.

Rationale:The hyperactivity of lateral habenula (LHb) has been implicated in the pathophysiology of depression, but the regulatory mechanisms of inhibitory synapses in this context remains unclear.MDGA1 and neuroligin2 (Nlgn2), both regulators of inhibitory synapses, selectively interact in the LHb.We aimed to investigate if their interaction contributes to chronic restrained stress (CRS)-induced depression by modulating inhibitory synapses.Methods: Transgenic mouse models were established to conditional knockout/recover of MDGA1 expression or knockin Nlgn2 variant incapable of binding MDGA1 in the LHb, using viral Cre-recombinase expression.Synaptic function and density were assessed through electrophysiology and immunostaining, respectively.An acute restrained stress (ARS) model and chemogenetic activation of the lateral hypothalamus (LH) were used to stimulate the LHb.Behavioral tests related to depression were conducted following CRS.Results: MDGA1 and Nlgn2 selectively interacted in the LHb, which was elevated following CRS.Germline knockout of MDGA1 increased inhibitory transmission and GABAergic synapse density in the LHb, effects that were reversed by adult re-expression of MDGA1.Introduction of the Nlgn2 variant incapable of binding MDGA1 similarly enhanced inhibitory transmission and increased GABAergic synapse density in the LHb.Both germline MDGA1 deficiency and introduction of the Nlgn2 variant mitigated ARS-and LH activation-induced LHb neuron hyperactivation.MDGA1 deficiency in the LHb during adulthood increased inhibitory synaptic strength and conferred significant resistance to CRS-induced depressive behaviors, similar to the effects of introducing the Nlgn2 variant in the LHb.Conclusions: Our findings suggests that MDGA1-mediated suppression of Nlgn2 facilitates depression onset through limiting GABAergic synapse formation within the LHb.Targeting MDGA1/Nlgn2 complexes residing at GABAergic synapses within the lateral habenula may be viable for alleviating core behavioral symptoms of major depression.